特表 2022-535260 可撓な基材上に電気部品を製造するための方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-05

(54)【発明の名称】可撓な基材上に電気部品を製造するための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/12 20060101AFI20220729BHJP

   B05D 7/00 20060101ALI20220729BHJP

   B05D 7/24 20060101ALI20220729BHJP

   B05D 3/02 20060101ALI20220729BHJP

   B05D 3/00 20060101ALI20220729BHJP

   H05K 3/00 20060101ALI20220729BHJP

   H01M 4/04 20060101ALI20220729BHJP

   H01M 4/66 20060101ALI20220729BHJP

   H01M 4/88 20060101ALI20220729BHJP

【ＦＩ】

H05K3/12 630Z

B05D7/00 K

B05D7/24 301E

B05D3/02 E

B05D3/00 D

H05K3/00 R

H01M4/04 Z

H01M4/66 A

H01M4/88 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021571747

(86)(22)【出願日】2020-05-20

(85)【翻訳文提出日】2022-01-17

(86)【国際出願番号】 EP2020064055

(87)【国際公開番号】W WO2020244926

(87)【国際公開日】2020-12-10

(31)【優先権主張番号】102019114806.5

(32)【優先日】2019-06-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521069238

【氏名又は名称】バリュー アンド インテレクチュアル プロパティーズ マネージメント ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＶＡＬＵＥ ＆ ＩＮＴＥＬＬＥＣＴＵＡＬ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ベーア、カイ

(72)【発明者】

【氏名】ガイトナー、アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】ディエンツ、ミヒャエル

【テーマコード（参考）】

4D075

5E343

5H017

5H018

5H050

【Ｆターム（参考）】

4D075AC21

4D075AC53

4D075AC88

4D075BB24Z

4D075BB26Z

4D075BB29Z

4D075BB33Z

4D075BB37Z

4D075BB57Z

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4D075BB93Z

4D075BB94Z

4D075BB95Z

4D075CA22

4D075CA47

4D075CA48

4D075DA04

4D075DA23

4D075DB01

4D075DB18

4D075DB31

4D075DC18

4D075DC19

4D075DC21

4D075EA02

4D075EA05

4D075EA06

4D075EA14

4D075EA33

4D075EB56

4D075EC30

5E343AA01

5E343AA02

5E343AA12

5E343AA14

5E343BB24

5E343BB28

5E343BB72

5E343DD01

5E343DD02

5E343ER35

5E343ER44

5E343GG20

5H017AA10

5H017AS02

5H017BB01

5H017BB04

5H017CC01

5H017EE01

5H017EE07

5H017HH01

5H017HH03

5H017HH09

5H017HH10

5H018AA01

5H018BB01

5H018BB06

5H018BB08

5H018BB16

5H018HH00

5H018HH03

5H018HH05

5H018HH06

5H018HH08

5H018HH10

5H050AA19

5H050BA00

5H050DA04

5H050GA02

5H050GA10

5H050GA22

5H050HA01

5H050HA04

5H050HA14

5H050HA16

5H050HA20

(57)【要約】

本発明は、可撓であり、平坦であり、または三次元である基材上で、構造化または非構造化の電気または電子機能層のための液体またはペースト状の出発材料を塗布し、次いで出発材料を乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させることにより、基材上の電気または電子部品または回路を製造するための方法に関し、乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させるステップは、８００～１，５００ｎｍの間の波長範囲に振幅最大値を有し、基材の表面におけるパワー密度が５０ｋＷ／ｍ^２～１，０００ｋＷ／ｍ^２の間である近赤外の範囲の放射線を、コーティングされた基材の表面に短時間適用することを含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可撓であり、平坦であり、または三次元である基材上で、構造化または非構造化の電気または電子機能層のための液体またはペースト状の出発材料を塗布し、次いで前記出発材料を乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させることにより、前記基材上に電気または電子部品または回路を製造するための方法であって、
前記乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させるステップは、８００～１，５００ｎｍの間の波長範囲に振幅最大値を有し、前記基材の表面におけるパワー密度が５０ｋＷ／ｍ^２～１，０００ｋＷ／ｍ^２の間である近赤外の範囲の放射線を、コーティングされた前記基材の表面に短時間適用することを含む、方法。

【請求項2】

前記基材は、ポリマー膜または紙などの温度感受性の基材であり、前記近赤外の放射線のパワー密度および曝露時間は、温度が材料の臨界温度を上回って上昇することがなく、とくには１００℃～２００℃の間の範囲内の温度を上回って上昇することがないように設定される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

液体の出発材料が、印刷プロセスによって前記基材へと選択的に塗布され、前記近赤外の放射線のパワー密度および曝露時間は、前記選択的なコーティングの範囲内において、材料固有の焼結または硬化温度を上回り、とくには５０～２００℃の間の範囲内の温度を上回る温度が、短い時間で達成されるように設定される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

ペースト状の出発材料が、とくにはローラまたはブレード塗布プロセスによって、前記基材へと表面全体に塗布され、前記近赤外の放射線のパワー密度および曝露時間は、前記選択的なコーティングの範囲内において、材料固有の焼結または硬化温度を上回る温度が、短い時間で達成されるように設定される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項5】

前記近赤外の放射線の曝露時間は、１秒～３０秒の間、とくには２秒～２０秒の間の範囲にあるように選択される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

近赤外の放射線による接触は、均一でないパワー密度の所定のプロファイルにあるＮＩＲ照射ゾーンにおいて実行され、とくには、前記照射ゾーンのパワー密度のプロファイルは、前記基材および／または前記出発材料の材料特性に応じて設定可能である、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記近赤外の放射線による接触は、少なくとも前記基材の一表面への空気の流れの接触と組み合わせられる、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記基材の両面への前記照射ゾーンにおける暖かい空気の供給および／または随意により設けられる熱風乾燥機における高温の空気の供給が、提供され、とくには設定可能である、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記近赤外の放射線による接触の後に、前記コーティングされた基材は、処理温度維持ゾーン、とくには熱風乾燥機を通って搬送される、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

電池の電極または燃料電池の電極を製造するための方法として構成され、前記基材として、７５μｍ～２００μｍの間の範囲内の厚さを有するポリマー膜または３μｍ～１０μｍの間の範囲内の金属膜が使用され、前記コーティングとして、１０～１，０００μｍの間の範囲内の初期厚さと、４０％～８０％の間の範囲内の固形分とを有する水性または有機溶媒系の粘性ペーストが使用され、前記乾燥、焼結、かつ／または硬化のために、５０～２００ｋＷ／ｍ^２、とくには７０～１５０ｋＷ／ｍ^２の間の範囲内のパワー密度を有する近赤外の放射線が使用される、請求項１、２、または４～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法を実行するための装置であって、
・前記装置を通って前記可撓な基材を搬送するための搬送手段と、
・とくには前記基材の搬送の最中に、前記平坦な基材を前記出発材料でコーティングするためのコーティング手段と、
・８００ｎｍ～１，５００ｎｍの間の波長範囲に振幅最大値を有し、前記基材の表面におけるパワー密度が５０ｋＷ／ｍ^２～１，０００ｋＷ／ｍ^２の間の範囲内となるように設定可能である近赤外の範囲の放射のための少なくとも１つの放射源を含んでおり、とくには前記基材の搬送の最中に、前記基材上の前記出発材料の層を乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させるための手段と
を備える装置。

【請求項12】

前記乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させるための手段は、ＮＩＲ放射ゾーンにおいて、前記放射ゾーンにおいて前記出発材料の層の表面に均一でないパワー密度の所定のプロファイルを生成できるように配置され、かつ／または制御可能である複数のＮＩＲ放射源を含む、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

前記乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させるための手段は、とくには熱風乾燥機として構成される処理温度維持ゾーンをさらに有する、請求項１１または１２に記載の装置。

【請求項14】

前記ＮＩＲ照射ゾーンに、空気の流れを供給するための手段が割り当てられている、請求項１２または１３に記載の装置。

【請求項15】

空気の流れを供給するための手段および／または前記処理温度維持ゾーンは、前記空気の流れまたは前記処理温度維持ゾーンにおける温度を制御するための制御手段を有する、請求項１４に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可撓であり、平坦であり、または三次元である基材上で、構造化または非構造化の電気または電子機能層のための液体またはペースト状の出発材料を塗布し、次いで出発材料を乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させることにより、基材上に電気または電子部品または回路を製造するための方法、ならびにこの方法を実行するための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気装置またはエネルギー貯蔵システムの構成要素上、あるいは電子部品もしくはアセンブリ内で、元々は液体またはペースト状の出発材料を焼結し、あるいは硬化させることを含む機能層の製造は、長きにわたって技術水準の一部である。

【0003】

一方では、現代の電池技術の技術的および経済的重要性が劇的に増しており、この種の印刷による電子回路（いわゆる「プリンテッドエレクトロニクス」）も急速に普及してきているために、このような方法は、技術的および商業的重要性を増している。この場合に、ますます重要になる因子は、好ましくは容易に入手可能であって費用効率が高く、さらにはリサイクル可能である基材材料の使用であり、他方では、これらの新規な基材材料に適合し、好ましくは高品質の最終製品の高い歩留まりを有する処置の方法である。

【0004】

例えば電動モビリティに関して必要とされ、エネルギー生成の分野における高性能貯蔵システムの観点からも必要とされる新規な電池構造において、金属の基材膜の他に、ＰＥ、ＰＶＣ、ＰＥＴ、もしくはＰＰ、または紙などに基づくポリマー膜が使用される。さらに、環境および産業の安全上の理由から、水溶性コーティングを可能な限り広く使用する努力がなされてきている。同様の構成が、例えば燃料電池によって駆動される車両において将来見られるであろう燃料電池の電極について提案されている。

【0005】

コーティングの乾燥または硬化において、一方では、基材材料の温度感受性を考慮に入れなければならず、対応する乾燥プラントを通過する可能な限り高いスループット速度で、定性的に完全な（乾燥によって引き起こされる欠陥のない）コーティングを得るための努力がなされなければならない。また、乾燥プラントの製造および運転コストも、ますます大規模に使用されるようになるにつれてどんどん低くならなければならない最終製品のコストに関して、重要な役割を果たすことは言うまでもない。トンネル炉形式の既知の乾燥プラントは、これらの要件を限られた様相で満たすにすぎず、多くのスペースを必要とし、製造および運転に費用がかかる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって、本発明は、上述の要件を満たす一般的な種類の改善された方法および対応する装置を提供するという課題に基づく。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法、および請求項１１に記載の特徴を有する装置によって解決される。本発明の概念の適切なさらなる発展が、それぞれの従属請求項の主題である。

【0008】

本発明は、少なくとも厚さに起因し、多くの場合には材料にも起因して温度安定性が低い基材上で出発材料を焼結し、かつ／または硬化させるために必要なエネルギーを、実質的にコーティング内で効果を生じ、基材の熱総負荷は（乾燥プロセスの時間範囲にわたって）できるだけ低いままであるようなやり方で供給するという考え方を含む。典型的なコーティング材料、とりわけ水性のコーティング材料について、振幅最大値が８００ｎｍ～１，５００ｎｍの間の波長範囲にある近赤外範囲の放射が、上首尾であることが明らかになっている。この放射は、主に水性（または、溶媒含有）の溶液、乳液、およびペーストにおいて、きわめて効果的なやり方で実施される。

【0009】

さらに、本発明は、この放射を、基材に伝わるエネルギーの量、したがって基材の熱総負荷が限定的であり続けるような短時間に、基材内の所望の焼結および／または硬化が生じ得るような高いパワー密度で作用させるという考え方を含む。塗布、基材、およびコーティングの具体的事例に応じて、コーティング表面における５０ｋＷ／ｍ^２～１，０００ｋＷ／ｍ^２の間の範囲内、とくには１，０００ｋＷ／ｍ^２で１２０ｋＷ／ｍ^２のエネルギー密度が、現時点において適切であると思われる。

【0010】

本発明者らの知見によれば、近赤外の放射線の曝露時間を、現在の塗布の多くについて、１秒～３秒の間、とくには２秒～２０秒の間の範囲に抑えることができる。実際のところ、具体的な処理時間は、コーティングの厚さおよび性質、ならびに具体的に選択されたパワー密度に依存する。

【0011】

現時点においてきわめて有望な塗布において、基材は、ポリマー膜または紙などの温度感受性の基材であり、近赤外の放射線のパワー密度および曝露時間は、温度が材料の臨界温度を上回って上昇することがなく、とくには１００℃～２００℃の間の範囲内の温度を上回って上昇することがないように設定される。限界温度の具体的な値は、当然ながら材料に依存し、この限界値を保つためのパワー密度および乾燥プラントを通る基材のスループット速度の設定は、限られた回数の単純な試行によって専門家によって決定されなければならない。

【0012】

この構成における方法は、視点に富んだ応用範囲としての「プリンテッドエレクトロニクス」のさらなる発展の可能性を有する。この場合、液体の出発材料は、印刷プロセスによって基材上に選択的または点状に塗布される。これは、インクジェット印刷プロセスによってきわめて正確、迅速、かつ効率的な様相で行われる。近赤外の放射線のパワー密度および曝露時間は、選択的なコーティングにおいて、材料固有の焼結または硬化温度を上回り、とくには５０～２００℃の間の範囲内の温度を上回る温度が、短時間で達成されるように設定される。

【0013】

さらなる潜在的に重要な塗布においては、ペースト状の出発材料が、とくにはローラまたはブレード塗布プロセスによって、基材へと表面全体にわたって塗布され、その後に、必要に応じて（例えば、レーザによるエッチングプロセスによって）構造化される。ここでも、近赤外の放射線のパワー密度および曝露時間は、選択的なコーティングの範囲内において、材料固有の焼結または硬化温度を上回る温度が、短い時間で達成されるように設定される。この構成は、電動モビリティおよびエネルギー技術のための電池の電極、ならびに燃料電池の電極の製造の分野において、とくに重要となり得る。

【0014】

この分野において特別に提案される方法論的処置は、基材として、７５μｍ～２００μｍの間の範囲内の厚さを有するポリマー膜または３μｍ～１０μｍの間の範囲内の金属膜が使用され、コーティングとして、１０～１，０００μｍの間の範囲内の初期厚さと、４０％～８０％の間の範囲内の固形分とを有する水性または有機溶媒系の粘性ペーストが使用されるという事実に基づく。この場合、乾燥、焼結、および／または硬化のために、５０～２００、とくには７０～１５０ｋＷ／ｍ^２の間の範囲内のパワー密度を有する近赤外の放射線を使用することが意図される。「厚膜塗布」と呼ぶことができるこの塗布においては、放射の衝突を、基材およびコーティングのパラメータの関数として、時間的にも精密に制御することが好ましい。とくには、細長い平坦な基材の開始部分および終了部分において、時間的制御が、最終製品の品質およびプロセスの歩留まりにとって大いに重要である。

【0015】

「薄膜塗布」と呼ぶことができ、例えば「プリンテッドエレクトロニクス」において重要であるさらなる塗布において、コーティングは、おおむね１～２０μｍの間の範囲内の厚さを有するにすぎず、印刷またはスプレー（「ジェット技術」）によって基材上に塗布される。この塗布においては、必要に応じてＮＩＲ放射のパワー密度を固定的に設定して作業することが可能であり、これらは上述の値を超えてもよい。

【0016】

本発明による方法のさらなる構成において、近赤外の放射線との接触は、均一でないパワー密度の所定のプロファイルで、ＮＩＲ照射ゾーン内で行われる。この場合、パワー密度プロファイルは、とくには、基材および／または出発材料の材料特性に応じて設定可能であってよい。

【0017】

このような方法論的処置によって、特定の機能層の特定の要件、および温度感受性の基材の特定の要件も、分化された様相で考慮に入れることができる。したがって、予熱段階および温度維持段階を、高いパワー密度の主乾燥段階の前または後に設定することができる。

【0018】

なお、温度維持ゾーンを、下流のプラント構成要素、とくには熱風乾燥機において、近赤外の放射線の使用とは独立して実現することもできる。

【0019】

さらなる潜在的に有利な方法論的処置において、近赤外の放射線との接触は、基材の両面から行われる。この方法論的処置は、比較的温度安定性の基材（金属膜など）が使用される場合に適すると思われる。温度感受性の基材を有する製品に使用されるように意図される場合、とくには、一方、すなわちコーティングの表面、および他方、すなわち基材の表面（裏側）について、異なるパワー密度を設定することが妥当であると思われる。

【0020】

さらなる特別な方法論的処置において、近赤外の放射線との接触は、少なくとも基材の一表面への空気の流れの接触と組み合わせられる。そのような高温の空気の流れは、とくにはコーティングの蒸発した液体成分を（例えば、適切なフィルタへと）容易かつ狙った様相で排出することを可能にする。他方で、高いパワー密度を比較的長い時間にわたって作用させる必要がある場合に、基材材料の過剰な加熱を防止することもできる。これは、比較的厚く、または物質的に要求の厳しいコーティングを充分に温めるために必要となり得る。

【0021】

とりわけ基材の両面への照射ゾーンにおける暖かい空気の供給および／または随意により設けられる熱風乾燥機における高温の空気の供給が、提供されてよく、とくには設定可能であってよい。

【0022】

本発明の装置の態様は、上記で説明した方法の態様から大部分が得られる。したがって、装置を考慮した上記の説明の繰り返しは、大部分を省略することができる。

【0023】

上記に従い、本発明による装置は、少なくとも、装置を通って可撓で平坦な基材を搬送するための搬送手段と、とくには基材の搬送の最中に、平坦な基材を出発材料でコーティングするためのコーティング手段と、８００ｎｍ～１，５００ｎｍの間の波長範囲に振幅最大値を有し、基材の表面におけるパワー密度が５０ｋＷ／ｍ^２～１，０００ｋＷ／ｍ^２の間の範囲内となるように作られ、構成され、または設定可能である近赤外の範囲の放射のための少なくとも１つの放射源を含んでおり、とくには基材の搬送の最中に、基材上の出発材料の層を乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させるための手段とを備える。

【0024】

乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させるための手段は、とくには、ＮＩＲ放射ゾーンにおいて、放射ゾーンにおいて均一でないパワー密度の所定のプロファイルを生成できるように配置され、かつ／または制御可能である複数のＮＩＲ放射源を含む。これを、とくには、ＮＩＲ放射器が照射ゾーンの長さにわたって異なる距離および異なる反射器形状を有し、さらには／もしくはコーティングされた基材の表面の上方の異なる距離に配置され、または異なる出力の放射源であるように構成することができる。

【0025】

照射ゾーンの長さにわたって均一でないパワー密度の上述のプロファイルは、例えば、一部もしくはすべてのＮＩＲ放射源の出力を制御するための手段、または放射源の高さを可変に設定するための機械的設定手段が基材の上方に設けられることで、制御可能であってもよい。このようにして、照射ゾーンを、とくには、予熱範囲および主乾燥範囲ならびに／または主乾燥範囲および温度維持範囲へと柔軟に構成することができる。

【0026】

上述の処理温度維持ゾーンを実現するために、とくには熱風乾燥機またはトンネル炉として構成される別個の処理部を乾燥装置に設けることもできる。

【0027】

さらに、ＮＩＲ照射源に、とくには関連の導気手段を有する１つ以上の換気装置など、空気の流れを供給するための手段を割り当てることができる。さらなる構成においては、これらを、空気の流れが、コーティングの表面を横切って流れた後に、コーティングの有害な溶媒成分を除去するためのろ過装置に進入し、かつ／またはエネルギー回収のための熱交換器に進入するように構成することができる。したがって、対応するろ過装置または熱交換器装置も、提案される装置の一体の一部分である。

【0028】

さらに、空気の流れを供給するための手段および／または処理温度維持ゾーンは、空気の流れまたは処理温度維持ゾーンにおける温度を制御するための制御手段を有することができる。これにより、乾燥プロセスを、さまざまな基材およびコーティングに柔軟に適応できるやり方で制御することができ、したがって複雑な構造的変換を必要とせずに、１つの同じ乾燥装置で、電気的または電子的用途のための異なる基材／コーティングの構成を処理することができる。

【0029】

本発明の利点および便宜が、部分的には図に基づいて、例示的な実施形態および態様の以下の説明に付随して生じる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明による装置の一実施形態の概略図を、縦断面の様相で示している。

【図2】図１によるＮＩＲ乾燥機１Ａの一実施形態の概略図を示している。

【図3】本発明による装置のＮＩＲ乾燥機のさらなる実施形態の概略図を、さらなるプラント構成要素と共に示している。

【発明を実施するための形態】

【0031】

図１は、完成状態において電池または燃料電池の電極として機能するように意図された機能的にコーティングされた基材２のための乾燥プラント１の概念を示している。基材は、コート機（ここでは図示せず）においてブレードシステムまたはワイドスロットノズルによって５０％～７０％の間の典型的な固形分を有する水性または有機溶媒系の粘性ペースト２ａでコーティングされた実質的に無端のＡｌ膜またはＣｕ膜であってよい。

【0032】

基材膜の厚さは、５～１５０μｍの範囲内であってよく、粘性ペーストの湿潤層の厚さは、１０～１，０００μｍの範囲内であってよい。図示の実現形態において、コーティングは、基材の表面へと片面に塗布されるが、両面がコーティングされた電池構成要素を、連続的なコーティングおよび乾燥段階にてもたらしてもよい。金属膜に代えて、大幅に大きい厚さ（例えば、１００～１５０μｍの間）を有するポリマー膜（例えば、ＰＥＴフィルム）を、基材として使用してもよい。

【0033】

上述の基材を乾燥させるために、乾燥プラント１は、基材２の両側に設けられたＮＩＲ放射器（ここでは図示せず）と、矢印ＶｉおよびＶｏによって象徴的に表される一体型の熱風換気とを有するＮＩＲ乾燥機１Ａを備える。ＮＩＲ乾燥機１Ａは、さまざまに設定することができる温度プロファイルを有し、これは、ＮＩＲ乾燥機の対応するパワーコントローラによって実現され、さらに熱風の流れも設定可能である。基材２の搬送方向におけるＮＩＲ乾燥機１Ａの下流において、熱風乾燥機１ＢがＮＩＲ乾燥機１Ａに直接接続され、熱風乾燥機１Ｂも、空気の量をさまざまに設定することができる熱風換気Ｖｉ／Ｖｏを有する。

【0034】

スペースの理由で好都合であると考えられる数メートルのプラント全長において、反射器が割り当てられた市販のＮＩＲ放射器を備えるＮＩＲ乾燥機で、乾燥プロセスの品質要件を考慮して、
既知の乾燥プラントと比較してスペースの要件およびスループットに関して大幅な利点を提供する１～２ｍ／分の範囲のスループット速度、したがって乾燥プロセスを実現することができる。

【0035】

図２は、図１による例示的なＮＩＲ乾燥機１Ａの主要な構成要素を、一例として、機能ブロック図の様相で示している。この図は、概略図として理解されるべきであり、ＮＩＲ乾燥機の実際の機械的構造を示すことを意図していない。簡略化の目的で、基材２の上方の機能構成要素だけが示されている。対応する構成要素を基材の下方にも設けることができるが、対応する手段が基材の片側（コーティングされた側）だけに設けられる本発明による装置の実現形態も可能である。

【0036】

ＮＩＲ乾燥機１Ａは、いくつかのＮＩＲ放射器１１を備え、各々のＮＩＲ放射器１１は、割り当てられた反射器１２を有し、パワー制御ユニット１３の１つの制御出力に個別に接続されている。したがって、個々のＮＩＲ放射器１１の照射パワーをパワー制御ユニット１３によって別々に設定することができ、したがってＮＩＲ放射の所定のパワー密度プロファイルを、ＮＩＲ乾燥機１Ａの全長にわたって基材２上に実現することができる。

【0037】

空気量制御ユニット１５によって制御可能な量の空気が、空気供給部１４を介してＮＩＲ乾燥機１Ａの入力部に進入し、コーティング２ａの溶媒成分を吸着した加熱された排気が、排気出力部１６を介して熱交換およびろ過ユニット１７に進入する。熱交換およびろ過ユニット１７において、ＮＩＲ乾燥機の排気から余分な熱が抽出されて、外部での使用のために供給され、溶媒成分は、必要に応じて、環境に優しい方法でろ過され、リサイクルされる。

【0038】

図３は、本発明による方法を実施するための装置１’の一例を示しており、この装置を通って基材２を搬送するための搬送手段としての２つの搬送ローラ１Ｃ、１Ｅと、コーティング装置としてのブレード装置１Ｄとが、概略的に示されている。基材２上に塗布されたコーティング２ａの焼結／硬化のために、ＮＩＲ照射ゾーン１Ａ’が、反射器１２ａ～１２ｇがそれぞれ取り付けられた複数のＮＩＲ放射器１１ａ～１１ｇによって実現される。

【0039】

ＮＩＲ放射器の数および実現形態を、ここでは単に考え方を表すものとして理解すべきであることを、指摘しておく。異なる距離にある異なる反射器形状の放射器の組により、予熱ゾーン１．１、主乾燥ゾーン１．２、および温度維持ゾーン１．３が、ＮＩＲ照射ゾーン１Ａ’内に実現される。これは、基本的に同一の構造のＮＩＲ放射器の図２の文脈においてさらに上述した個別のパワー設定の代案を表す。

【0040】

本発明による装置において、長時間にわたる乾燥作業に上首尾であることが明らかになっている費用対効果に優れる棒状ハロゲンスポットライトが、ＮＩＲ放射器として考えられる。しかしながら、基本的に、ＮＩＲ照射ゾーンを、他の形状の放射器によって実現すること、または相応に高出力のＩＲ ＬＥＤを有しているＬＥＤアレイによって実現することも可能である。両方の実現形態は、当業者によく知られており、したがって、ここではさらなる説明を必要としない。

【0041】

反射器として、各々が放射器に構造的に組み合わされた個別の反射器、およびいくつかの放射器に割り当てられた一体型の反射器装置の両方が考えられる。このようなコヒーレントな反射器アセンブリにおいても、それぞれの放射器について異なる反射器形状を（図３に略図の様相で示されているように）実現することができる。

【0042】

図示されている種類の装置は、必要に応じて、用途ごとのやり方で変更されて、「プリンテッドエレクトロニクス」の分野からの製品を製造するためにも使用可能である。この場合に、基材は、例えば、材料特性に応じて約８０℃～１４０℃の間の範囲内の限界温度を超えて加熱することが許されない紙またはプラスチック膜であり、基材は、対応する構成要素の機能に応じて、導電性インク、ペースト、または粉末であってよい。結果として、熱処理は、水または溶媒の蒸発、ペーストの焼結、ならびに粉末の溶融、および必要であれば焼結を目的とし、必要に応じて、コーティングにおいて熱化学的反応および相変態を引き起こすことも目的とする。

【0043】

本発明者らの研究によれば、これらのプロセスにおいても、ＮＩＲ照射ゾーンの使用は、かなりの加速をもたらし、したがって大幅なスループットの向上および／または対応する乾燥機の構造的な長さの削減の可能性を提供する。

【0044】

実現形態は、上記で説明した例および強調された態様に限定されず、添付の特許請求の範囲の技術的範囲内に含まれる複数の変更形態でも同様に可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2022-01-17

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可撓であり、平坦であり、または三次元である基材上で、構造化または非構造化の電気または電子機能層のための液体またはペースト状の出発材料を塗布し、次いで前記出発材料を乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させることにより、前記基材上に電気または電子部品または回路を製造するための方法であって、
前記乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させるステップは、８００～１，５００ｎｍの間の波長範囲に振幅最大値を有し、前記基材の表面におけるパワー密度が５０ｋＷ／ｍ^２～１，０００ｋＷ／ｍ^２の間である近赤外の範囲のハロゲンスポットライト又はＩＲ ＬＥＤの放射線を、コーティングされた前記基材の表面に短時間適用することを含む、方法。

【請求項2】

前記基材は、ポリマー膜または紙などの温度感受性の基材であり、前記近赤外の放射線のパワー密度および曝露時間は、温度が材料の臨界温度を上回って上昇することがなく、とくには１００℃～２００℃の間の範囲内の温度を上回って上昇することがないように設定される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

液体の出発材料が、印刷プロセスによって前記基材へと選択的に塗布され、前記近赤外の放射線のパワー密度および曝露時間は、前記選択的なコーティングの範囲内において、材料固有の焼結または硬化温度を上回り、とくには５０～２００℃の間の範囲内の温度を上回る温度が、短い時間で達成されるように設定される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

ペースト状の出発材料が、とくにはローラまたはブレード塗布プロセスによって、前記基材へと表面全体に塗布され、前記近赤外の放射線のパワー密度および曝露時間は、前記選択的なコーティングの範囲内において、材料固有の焼結または硬化温度を上回る温度が、短い時間で達成されるように設定される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項5】

前記近赤外の放射線の曝露時間は、１秒～３０秒の間、とくには２秒～２０秒の間の範囲にあるように選択される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

近赤外の放射線による接触は、均一でないパワー密度の所定のプロファイルにあるＮＩＲ照射ゾーンにおいて実行され、とくには、前記照射ゾーンのパワー密度のプロファイルは、前記基材および／または前記出発材料の材料特性に応じて設定可能である、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記近赤外の放射線による接触は、少なくとも前記基材の一表面への空気の流れの接触と組み合わせられる、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記基材の両面への前記照射ゾーンにおける暖かい空気の供給および／または随意により設けられる熱風乾燥機における高温の空気の供給が、提供され、とくには設定可能である、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記近赤外の放射線による接触の後に、前記コーティングされた基材は、処理温度維持ゾーン、とくには熱風乾燥機を通って搬送される、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

電池の電極または燃料電池の電極を製造するための方法として構成され、前記基材として、７５μｍ～２００μｍの間の範囲内の厚さを有するポリマー膜または３μｍ～１０μｍの間の範囲内の金属膜が使用され、前記コーティングとして、１０～１，０００μｍの間の範囲内の初期厚さと、４０％～８０％の間の範囲内の固形分とを有する水性または有機溶媒系の粘性ペーストが使用され、前記乾燥、焼結、かつ／または硬化のために、５０～２００ｋＷ／ｍ^２、とくには７０～１５０ｋＷ／ｍ^２の間の範囲内のパワー密度を有する近赤外の放射線が使用される、請求項１、２、または４～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法を実行するための装置であって、
・前記装置を通って前記可撓な基材を搬送するための搬送手段と、
・とくには前記基材の搬送の最中に、前記平坦な基材を前記出発材料でコーティングするためのコーティング手段と、
・８００ｎｍ～１，５００ｎｍの間の波長範囲に振幅最大値を有し、前記基材の表面におけるパワー密度が５０ｋＷ／ｍ^２～１，０００ｋＷ／ｍ^２の間の範囲内となるように設定可能である近赤外の範囲の放射のための少なくとも１つのハロゲンスポットライト又はＩＲ ＬＥＤを含んでおり、とくには前記基材の搬送の最中に、前記基材上の前記出発材料の層を乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させるための手段と
を備える装置。

【請求項12】

前記乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させるための手段は、ＮＩＲ放射ゾーンにおいて、前記放射ゾーンにおいて前記出発材料の層の表面に均一でないパワー密度の所定のプロファイルを生成できるように配置され、かつ／または制御可能である複数のＮＩＲ放射源を含む、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

前記乾燥させ、焼結し、かつ／または硬化させるための手段は、とくには熱風乾燥機として構成される処理温度維持ゾーンをさらに有する、請求項１１または１２に記載の装置。

【請求項14】

前記ＮＩＲ照射ゾーンに、空気の流れを供給するための手段が割り当てられている、請求項１２または１３に記載の装置。

【請求項15】

空気の流れを供給するための手段および／または前記処理温度維持ゾーンは、前記空気の流れまたは前記処理温度維持ゾーンにおける温度を制御するための制御手段を有する、請求項１４に記載の装置。

【国際調査報告】